JP4540958B2 - Image sensor array, computer input device and method for indicating relative differences in pixel illumination - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像システムの一部としてフォトセンサからの出力を処理することに関し、より詳細には、画素レベルで直流分の除去処理を行うアナログフォトセンサアレイに関する。 The present invention relates to processing an output from a photosensor as part of an image system, and more particularly to an analog photosensor array that performs a DC removal process at a pixel level.
感光性(photo-sensitive)電子コンポーネントを使用すれば、動きを検出し測定するシステムなどの電子画像システムを構成することができる。このような電子画像システムが動き検出に使用される場合には、領域(area)または物体(object)の極めて詳細な画像を得ることは、ある特定の画像がその前の画像と比較して変化を反映しているかどうかを決定することよりも重要ではないことがある。このため、隣り合う画像素子間のコントラストに対してより高い重要性が置かれることがある。 With photo-sensitive electronic components, electronic imaging systems such as systems that detect and measure motion can be constructed. When such an electronic imaging system is used for motion detection, obtaining a very detailed image of an area or object means that one particular image changes compared to the previous image. It may be less important than determining whether it reflects. For this reason, higher importance may be placed on the contrast between adjacent image elements.
動き検出の一応用例としては、コンピュータの位置指示装置または入力装置(たとえばコンピュータマウス)がある。たとえば、特許文献1および特許文献2には、このような目的のために電子画像を用いることが記載されている。これらの特許文献に記載されているように、関連した照明源(たとえば、発光ダイオード)からの光が机上その他の表面から反射すると、感光性素子アレイが、机上(または他の表面)の画像を生成する。後続の画像が比較され、画像間の相関に基づいて、マウス(または他の装置)の動きの大きさおよび方向を決定することができる。
One application example of motion detection is a computer position indicating device or an input device (for example, a computer mouse). For example,
図1に、既存のコンピュータ入力装置で使用されるフォトセンサアレイ構造内の画素を示す。このフォトセンサアレイの各画素は、フォトダイオードその他の感光性コンポーネントであり得るフォトセンサ10を含む。画像を取得する前に、NMOSトランジスタ12にかかるRESET信号により、ノードINTが基準電圧Vrefに充電される。RESET信号がアサート(assert)されないときは、机上その他の表面から反射された光がフォトセンサ10を照明し、それによって逆方向バイアス電流がフォトセンサ10を通って接地に流れることができる。次いで、フォトセンサ10を通る逆方向バイアス電流のため、ノードINTが放電する。より反射性の高い物体または表面のフィーチャ(feature)に照応して光の強度が大きくなる(光が明るくなる)ほど、フォトセンサ10を通る逆方向バイアス電流は大きくなり、そのためノードINTはより速く放電する。逆に、より暗い物体または表面のフィーチャからの反射に照応して光の強度が弱くなる(すなわち暗くなる)ほど、フォトセンサ10を通る逆方向バイアス電流は小さくなり、ノードINTの放電はより緩慢になる。ノードINTにかかる電圧は、NMOSトランジスタ14のゲートを制御する。すなわち、ノードINT上の電荷が放出されると、それに照応してNMOS14にかかるバイアスが減少し、それによってノード16の電圧が降下する。ある指定された時点で、SELECT信号がNMOS18のゲートに加えられ、それによって電荷が記憶コンデンサ20に蓄積される。NMOS14両端間の電圧は、NMOS14のゲート電圧に応じて変化する。すなわち、フォトセンサ10に当たる照明強度に応じて変化する。したがって、記憶コンデンサ20にかかる蓄積された電圧の大きさは、フォトセンサ10に当たる照明強度に関係している。反射される照明強度は、机その他の表面の表面フィーチャに基づいて変化することになるので、記憶コンデンサ20上の電荷を(フォトセンサ画素アレイの一部として)利用して、机その他の作業表面に関する位置変化を検出し測定することができる。
FIG. 1 shows a pixel in a photosensor array structure used in an existing computer input device. Each pixel of the photosensor array includes a
アレイ内の各コンデンサにかかる電圧は、MUX(マルチプレクサ)を通過してADC(アナログ−デジタルコンバータ)に達する。ADCは記憶コンデンサにかかる電圧に対応するデジタル値を出力するが、これはアレイ内のフォトセンサに当たる照明の相対強度を表している。次いで、このデジタル値はDCR(デジタル式直流分除去)処理を通過して、画像のコントラストを増強し、得られる画像を記憶するのに必要な記憶素子の数を減少させる。後続の相関器(correlator)がDCR処理済み画像データを前のDCR処理済み画像データと比較し、デバイスの動きの大きさと方向を反映したナビゲーションデータを生成する。 The voltage across each capacitor in the array passes through the MUX (multiplexer) and reaches the ADC (analog-to-digital converter). The ADC outputs a digital value corresponding to the voltage across the storage capacitor, which represents the relative intensity of illumination that strikes the photosensors in the array. This digital value then passes through a DCR (digital direct current removal) process to enhance the contrast of the image and reduce the number of storage elements required to store the resulting image. A subsequent correlator compares the DCR processed image data with the previous DCR processed image data and generates navigation data reflecting the magnitude and direction of the device motion.
図1の例では、アレイ内の各フォトセンサごとの値を記憶するために別の記憶コンデンサが必要である。一般に、記憶コンデンサはアレイの両側に配置され、IC(集積回路)上で比較的広い領域が必要である。また、この構造は、寄生信号カップリング、コンデンサの漏れおよび電荷注入の影響を受けやすく、比較的短時間しか画像が破壊されずに記憶しておくことができない。さらに、この構造は、大きなサブスレッショールド(sub-threshold)の漏れおよび低電源電圧を伴い得るデジタル指向ASIC(特定用途向け集積回路)技術に関連した問題を呈する。 In the example of FIG. 1, a separate storage capacitor is required to store the value for each photosensor in the array. In general, storage capacitors are placed on both sides of the array and require a relatively large area on the IC (integrated circuit). This structure is also susceptible to parasitic signal coupling, capacitor leakage and charge injection, and can only be stored for a relatively short time without destroying the image. In addition, this structure presents problems associated with digital-oriented ASIC (application specific integrated circuit) technology, which can be accompanied by large sub-threshold leakage and low supply voltage.
図1に示すような構造では、ADC機能および後続のDCR処理は、すべてビット単位のシリアル方式、すなわち1回に1画素という方式で行われる。ADCからの各画素値は複数ビット長となることがあり、すべての画素値をDCR処理するにはかなりのデジタル回路が必要になることがある。この追加の回路には追加のIC領域が必要になり、それによってコストが増大する。また、この処理は(100マイクロ秒程度の)高速で行わなければならない。(コンピュータマウスの動きの検出など)高速性を要する応用例では、各画素ごとに変換をシリアルに行う高速ADCと、各画素のコントラスト増強をシリアルに行う高速デジタル回路が必要である。各画素ごとに複数ビットデータを記憶するためにかなりのデジタルメモリも必要である。複数個のADCおよび他のデジタル回路コンポーネントを実装して複数画素を並列処理することも可能であるが、並列処理に必要な複数のコンポーネントはそれぞれ特性が整合していなければならない。このような並列処理では、必要な電力も大きくなる。 In the structure shown in FIG. 1, the ADC function and the subsequent DCR processing are all performed in a bit unit serial method, that is, a method of one pixel at a time. Each pixel value from the ADC may be multiple bits long, and considerable digital circuitry may be required to DCR process all pixel values. This additional circuit requires additional IC area, which increases cost. In addition, this processing must be performed at a high speed (about 100 microseconds). In applications requiring high speed (such as computer mouse motion detection), a high-speed ADC that serially converts each pixel and a high-speed digital circuit that serially increases the contrast of each pixel are required. Considerable digital memory is also required to store multiple bits of data for each pixel. Although a plurality of ADCs and other digital circuit components can be mounted to process a plurality of pixels in parallel, the plurality of components required for the parallel processing must have matching characteristics. In such parallel processing, the required power also increases.
したがって、依然として、動き検出用の電子画像処理システムを改善することが求められている。 Therefore, there is still a need to improve electronic image processing systems for motion detection.
本発明のフォトセンサは、画素レベルのアナログドメインでDCR(直流分除去)処理およびコントラスト増強信号処理を提供する。画素レベルでDCRを行うことにより、別の(すなわち、画素外の)ADC(アナログ−デジタル変換)およびDCR処理がもはや必要でなくなる。一実施形態では、各画素セルは、1ビットのDCR処理済み(「DCRされた」)画像データを生成する。次いで、この画素ビット値をメモリに記憶し、任意の所望の時間に画像相関処理を行うことができる。別の実施形態では、各画素ごとに1つまたは複数の追加のビットを設けることもできる。本発明による2次元アレイ画素により、画像処理チップ全体の記憶要件が軽減される。 The photosensor of the present invention provides DCR (direct current removal) processing and contrast enhancement signal processing in the pixel level analog domain. By performing DCR at the pixel level, separate (ie, extra-pixel) ADC (analog-to-digital conversion) and DCR processing is no longer required. In one embodiment, each pixel cell generates 1 bit of DCR processed (“DCRed”) image data. This pixel bit value can then be stored in memory and image correlation processing can be performed at any desired time. In another embodiment, one or more additional bits may be provided for each pixel. The two-dimensional array pixels according to the present invention reduce the storage requirements of the entire image processing chip.
本発明の画素セルにより、画素セルアレイのアナログおよびデジタル回路を少なくすることができる。こうした画素のアナログ回路により、低供給電圧を利用するより新しいデジタル指向ASIC(特定用途向け集積回路)技術にこのような画素からなるアレイを組み込むことが容易になる。本発明の画素セルにより、チップコストおよび試験時間も減少させることができる。さらに、一般に、画素のアナログ回路設計の複雑さが減ると、最近のデジタルASICに関連して生じることがあるサブスレッショールドの漏れおよびゲート漏れの影響を受けにくくなる。また、この画素セルは静的な供給電流の消費量も少なく、それによって、電池動力式装置で使用されるとき、電池の寿命も長くなる。たとえば、高速シリアル処理など従来方式の手法に必要とされるよりも遅いクロック速度で動作させることによって、スイッチング電流も少なくなる。 With the pixel cell of the present invention, the analog and digital circuits of the pixel cell array can be reduced. Such pixel analog circuitry facilitates the incorporation of arrays of such pixels into newer digitally oriented ASIC (application specific integrated circuit) technology that utilizes low supply voltages. With the pixel cell of the present invention, chip cost and test time can also be reduced. Further, in general, as the complexity of pixel analog circuit design is reduced, it is less susceptible to sub-threshold leakage and gate leakage that may occur in connection with modern digital ASICs. The pixel cell also consumes less static supply current, thereby increasing battery life when used in battery powered devices. For example, switching current is reduced by operating at a slower clock speed than required for conventional approaches such as high-speed serial processing.
本発明は、フォトセンサ画素セルアレイを含むことができ、各画素セルは、その画素を照明する放射に応答して初期信号を生成するアナログ回路を含む。初期信号の大きさは、照明強度に応じて変化する。一実施形態では、初期信号は電流である。次いで、各画素は、その初期信号に基づいて複数の比較信号を生成し、比較信号をいくつかの隣接画素のそれぞれに送出する。アレイ内の複数の画素は、それぞれの隣接画素から比較信号を受け取る。信号を受け取る画素はそれぞれ、その隣接画素から受け取った比較信号を合計する。次いで、合計された信号は、内部比較信号と比較される。その後、その比較結果を用いて、その画素のDCR処理済み画像データを表すデジタルデータ値を記憶することができる。 The present invention can include a photosensor pixel cell array, where each pixel cell includes an analog circuit that generates an initial signal in response to radiation illuminating the pixel. The magnitude of the initial signal changes according to the illumination intensity. In one embodiment, the initial signal is a current. Each pixel then generates a plurality of comparison signals based on its initial signal and sends the comparison signal to each of several adjacent pixels. A plurality of pixels in the array receive comparison signals from their respective neighboring pixels. Each pixel that receives a signal sums the comparison signals received from its neighboring pixels. The summed signal is then compared to the internal comparison signal. The comparison result can then be used to store a digital data value representing the DCR processed image data for that pixel.
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、m行×n列の画素を有するアレイ100の構成図である。(集積回路の一部として形成できるはずの)アレイ100は、電子撮像素子の一部を形成することができる。動作においては、アレイ100は、表面(または物体)から反射された光を受け取るように構成することができ、それによって表面(または物体)の画像を生成することができる。アレイ100は、制御デバイス(たとえば、図示しない同じIC上の追加の回路および/またはやはり図示しない1つまたは複数の別のプロセッサ)に接続される。以下に示す場合を除き、本発明を理解するのにこのようなコンポーネントの詳細は必要ない。本発明のフォトセンサアレイの実施に適したハードウエアおよびソフトウエア(またはファームウエア)は、本明細書で提供される情報から当業者には明らかであろう。
FIG. 2 is a block diagram of an
図2に強調して示したのは、アレイ100内の任意の位置にある9個の隣接する画素からなるサブアレイ101であり、画素はそれぞれ1000から1008と標示される。以下に示す場合を除き、一般に、サブアレイ101内の画素は、アレイ100内の他の非縁部画素を代表するものである。図2中で射影線で示した縁部画素は非縁部画素に類似しているが、以下により詳細に説明するある種の回路および機能を欠いている。動作においては、アレイ100内の非縁部画素は、その出力を隣接画素の出力と比較する。この比較に基づいて、DCR処理済み画像データを表す1つ(または複数)のデータビットをその画素用に記憶する。一実施形態では、画素の出力が8個の最隣接画素の出力に基づく値よりも大きい場合、その画素は値「1」をラッチする。そうでない場合は、その画素は値「0」をラッチする。すなわち、例として画素1000から1008を使用すると、式1が真である場合、中心画素1000には値1が割り当てられる。
Emphatically that shown in FIG. 2 is a sub-array 101 of nine contiguous pixels located at any position within the
ただし、S(100i)は画素100iのアナログ出力信号、αiは画素100iに関連する利得(または減衰)である。
However, it is S (100 i) is an analog output signal of the
表1は、式(1)によるDCR機能を行う際、3×3のサブアレイ、たとえばサブアレイ101内の各画素に適用される利得値の一例を与えるものである。
Table 1 gives an example of a gain value applied to each pixel in the 3 × 3 subarray, for example, the
表1の値は、適用することができる可能な利得値の単なる例であり、利得(または減衰)の他の値も本発明の範囲に含まれる。実際、本発明による画素アレイは、所望の値の多くの組合せで実施することができ、それによって多くの異なるDCRフィルタ変換を行うことができる。追加の例には表2および表3に示す値が含まれるが、それらに限定されるものではない。 The values in Table 1 are merely examples of possible gain values that can be applied, and other values of gain (or attenuation) are within the scope of the present invention. In fact, the pixel array according to the present invention can be implemented with many combinations of desired values, thereby allowing many different DCR filter transformations to be performed. Additional examples include, but are not limited to, the values shown in Tables 2 and 3.
図3は、サブアレイ101の画素1000〜1008の拡大ブロック図である。サブアレイ101の中心にある画素1000は、8個の最隣接画素1001〜1008にとり囲まれている。サブアレイ101の各画素は電流加算ノード110、積分回路112、比較電流生成器回路114、比較器回路116、シリアル走査ラッチ118およびバッファ120を含む。サブアレイ101内の他の画素のコンポーネントもほぼ同じであり、図面を無用に不明瞭にしないように、図3のすべての画素コンポーネントを標示しない。ただし、各画素の電流加算ノードへの入力は異なるものになる。図3に示すように、画素1000の電流加算ノード110は、8個の最隣接画素のそれぞれから1つずつ出ている8つの入力を有する。具体的には、入力「1」は画素1001からの入力、入力「2」は画素1002からの入力、以下同様である。同様に、画素1001から1003の直上の画素を「100a」、「100b」および「100c」と呼ぶと、画素1002の電流加算ノードへの入力は、画素100a、100b、100c、1001、1003、1004、1000および1005(あるいは図3に示すようにa、b、c、1、3、4、0および5)に対応するはずである。他の画素の電流加算ノードへの入力も同様のパターンに従うことができるはずである。図3の大きな太い矢印は、単に、画素からの出力をその画素の隣接画素に送り得る可能な経路を表し、アレイ内で各画素から他の各画素への接続を表すためのものではない。以下により詳細に述べるように、アレイ100内の縁部画素は、非縁部画素、たとえばサブアレイ101内のものが行うすべての機能を行わないこともあり、したがって、図3に示すある種のコンポーネントを欠くこともある。
FIG. 3 is an enlarged block diagram of the
図4は、画素1000のより詳細な概略図である。図3のブロック図の場合と同様に、アレイ100内の他の非縁部画素の概略図はこれとほぼ同じはずであるが、各画素の電流加算ノード110への入力は異なっているはずである。図3の積分回路112に対応するコンポーネントは、図4で112と標示した破線のボックスで囲まれているものである。同様に、図3の比較電流生成器回路114、比較器回路116および電流加算ノード110に対応するコンポーネントも、図4では対応する番号で標示したボックスで囲まれている。シリアル走査出力ラッチ118およびバッファ120の詳細は図示していない。このラッチおよびバッファ用の回路およびコンポーネントの構成は当業者の知識の範囲内にあるものであるから、これらの詳細はあえて説明することはしない。積分回路112は、PMOSデバイス132および134ならびにフォトダイオード136を含む。デバイス132および134は電荷相殺スイッチを形成して、事前にノードAを基準電圧Vrefに充電する。以下でもより詳細に説明するように、フォトダイオード136に当たる光により、逆方向電流がフォトダイオード136を通って流れ、それによってノードAが放電し、ノードAにおける積分電圧(Vint)が減少する。積分段階中にノードAが放電(し、Vrefが減少)する量により、NMOSデバイス138および140ならびにPMOSデバイス142で形成された初期電流生成器を通る初期電流I0が変調される。電流I0の大きさの最大値はNMOSデバイス140で調整される。NMOSデバイス140は、線形抵抗をエミュレートする長いチャネル長をもつデバイスとすることができる。電流I0を基準として使用して、PMOS基準デバイス142およびPMOSミラーリングデバイス(mirroring device)143〜151で形成された比較電流生成器によって、(それぞれ異なる大きさを有し得る)複数の比較電流が生成される。図4に示すように、PMOS比較電流生成器内で適切なデバイスのサイズ設定を行うことによって、I0に1を乗じた(×1)大きさで(α1からα8に対応する)8つの比較電流が生成され、I0に8を乗じた(×8)大きさで(α0に対応する)1つの比較電流が生成される。表1と式1を図4と比較することによってわかるように、これらの比較電流の値により、表1に記載の画素1000の利得値が得られる。あるいは、表2または表3に示す利得値、あるいは他の所望の値が得られるように、画素内のデバイスをサイズ設定することができるはずである。利得値および減衰値は、各画素ごとに同じでもよいし、アレイの画素間で変化してもよい。適切なコンポーネントを選択することによって、多くの選択肢をもつ比較用スレッショールドが利用可能である。
Figure 4 is a more detailed schematic diagram of the
図3および4に示すように、1倍の比較電流はそれぞれ、隣接画素1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007および1008の1つの電流加算ノードに入力される。PMOSデバイス147からの「内部」の(すなわち、画素1000内から発した)8倍の比較電流は、画素1000の電流モード比較器回路116に入力される。比較器回路116は、(図4で1つのNMOSとして示す)複合電荷相殺デバイス(composite charge cancellation device)158と、互いに整合したNMOSデバイス154および156を含む。STROBE信号がハイ(high)のとき、このSTROBE信号は比較器116を平衡状態に保持する。各隣接画素の比較電流生成器からの1倍の「外部」(すなわち、隣接画素から発した)比較電流は、画素1000の電流加算ノード110に入力されそこで合計される。電流加算ノード110は、(図示しない)バッファ120を介して(やはり図示しない)ラッチ118にも結合される。STROBE信号がハイからロー(low)に移るとき、比較器116は、内部8倍比較電流を、8個の隣接画素のそれぞれからの外部1倍比較電流の合計と比較する。内部8倍比較電流が8つの外部比較電流の合計よりも大きい場合、外部比較電流はNMOSデバイス156を通って接地され、ラッチ118への信号はローになる。しかし、内部8倍比較電流が外部比較電流の合計よりも小さい場合、合計した電流は完全には接地されず、ラッチ118への信号はハイになる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the 1 × comparison current is input to one current summing node of
上記の実施形態では、m×n個の画素アレイが、(m−2)×(n−2)個の画素データ値をもつアレイに縮小される。アレイ100の外側縁部の画素(図2参照)は、縁部上にない隣接画素に1倍比較電流を提供するが、縁部画素は、それ自体の初期電流の8倍比較電流を隣接画素からの電流合計と比較せず、縁部画素用に画像データを記憶しない。一例として、n=20、m=20の場合、アレイ100は400画素のアレイであるが、各画像ごとに324(すなわち、(20−2)×(20−2))個のデータビットしか生成しない。縁部画素は比較機能またはラッチ機能を行わないので、これらの機能のための回路は割愛することができる。代替実施形態では、非縁部画素では改変したバージョンの比較表現を使用することにより、縁部画素が比較機能およびラッチ機能を行うように構成することができるはずである。このような改変表現の場合に可能な利得値の例を表4に示す。
In the above embodiment, the m × n pixel array is reduced to an array having (m−2) × (n−2) pixel data values. The pixels at the outer edge of the array 100 (see FIG. 2) provide a 1 × comparison current to adjacent pixels that are not on the edge, but the edge pixel has a comparison current of 8 × its own initial current. And the image data is not stored for the edge pixels. As an example, if n = 20 and m = 20, the
表4の例では、α0は図2で左側縁部の中間に位置する(すなわち、隅ではない)ある画素に対応する。その画素の左側には画素が存在しないので、α1、α4およびα6は0となる。 In the example of Table 4, α 0 corresponds to a pixel located in the middle of the left edge (ie, not a corner) in FIG. Since there is no pixel on the left side of the pixel, α 1 , α 4, and α 6 are 0.
図3および4は、図1に示すものと比べて、構造上、本発明の少なくとも1つの利点を示している。各画素値を複数ビットのデジタル値に変換し、次いで、そのデジタル値に対してDCR処理を行うかわりに、この時点で各画素のアナログドメインで直流分除去が実現される。各画素はそのDCR処理を並列に行い、それによってシリアル方式で各画素に対して高速デジタル信号処理を行う必要がなくなる。非縁部画素はそれぞれハイまたはロー信号を生成し、それはSTROBE信号がローのときにラッチされる。このラッチ操作は、各画素内でも生じ得るが、アレイ内のすべての非縁部画素に対しても同時に行われる。STROBE信号がローのとき、各非縁部画素内のノードCの電圧は、隣接画素から受け取った電流との比較に基づいてハイまたはローの値に維持される。このハイまたはローの電圧は、各画素のバッファ120を通過してその画素のラッチ118に達し、1ビット値として記憶される。STROBE信号がハイのとき、比較器116は平衡状態にあり、ノードCの電圧は中間値をとることになる。このような中間値の偶発的なラッチによって予測不可能な結果が生じ得るので、スレッショールドよりも小さい電圧信号がラッチ118に達することを妨げるように、バッファ120はスキューされたスレッショールド(skewed threshold)を有し得る。
3 and 4 show at least one advantage of the present invention in construction compared to that shown in FIG. Instead of converting each pixel value into a multi-bit digital value and then performing a DCR process on the digital value, DC component removal is now achieved in the analog domain of each pixel. Each pixel performs its DCR processing in parallel, thereby eliminating the need for high speed digital signal processing on each pixel in a serial fashion. Each non-edge pixel generates a high or low signal, which is latched when the STROBE signal is low. This latching operation can occur in each pixel, but is also performed for all non-edge pixels in the array simultaneously. When the STROBE signal is low, the voltage at node C in each non-edge pixel is maintained at a high or low value based on a comparison with the current received from adjacent pixels. This high or low voltage passes through each pixel's
すべての比較器出力がラッチされた後、各画素行ごとにラッチされた値は走査チェーンに連結され、次いで、走査クロック信号により各行ごとに走査チェーンがシリアルにメモリに読み込まれ(図面には示さない)、その後、前の画像データとの相関がとられる。(やはり図示しない)メモリおよび相関回路は、アレイ100の外側に置いてよい。図5に、アレイ100のある行(または列)の各画素ごとにデータを読み込むための1つの可能な構成および方法を示す。図5には、複数のクロックサイクルについて、アレイ100内のある一並びの画素の5個のラッチ118iをブロックの形で示す。例として、5個のラッチは、図3の(それぞれ画素100b、1002、1000および1007に対応する)ラッチ118b、1182、1180および1187と、画素100bの直上の画素または画素1007の直下の画素からの追加のラッチと合わせて表すことができるはずである。この並びは、5個を超える数のラッチ118を含み得る。追加のラッチの存在は、各段の左側にある3個の点で示す。サイクル0は、ラッチ済みの値を読み出す直前の時点を表す。(サイクル0)と標示して図5の最上段に示すように、各ラッチは1ビットの値を含む。第1サイクルの終了時に、各ラッチの値は右に1つ場所がシフトされ、最も右のラッチ済みの値が読み出され保存される。第2クロックサイクルの終了時に、ラッチ済みの値はやはり右に1つ場所がシフトされ、最も右の値はその前に記憶した値に連結される。読出しは、行のすべてのラッチが読み込まれラッチされた値が記憶される((サイクルn)と標示)まで継続する。この方式でアレイのすべての行を同時に読み込むと、各クロックサイクル中に列全体の画素値が読み込まれ、(アレイ縁部に位置する画素については値をラッチしないと仮定すると)20×20のアレイからの画像が18クロックサイクルで走査される。これは、データ読出しの1つの可能な方式を表しているが、他の方法および構成も本発明の範囲に含まれる。
After all the comparator outputs are latched, the latched value for each pixel row is linked to the scan chain, and then the scan chain is serially read into memory for each row by the scan clock signal (shown in the drawing). No) and then correlation with the previous image data is taken. Memory and correlation circuitry (also not shown) may be placed outside the
図6は、アレイ100内の非縁部画素100iの動作のタイミング図である。画素動作は4つの段階を含む。すなわち、リセットし、積分し、変換し、シリアル出力することである。図6には、「相関」および「ナビゲーション」の段階も示す。これらの段階は、画素画像データとその前の画像データとの相関をとることと、この相関に基づいて動きの計算することを指す。ここで説明する実施形態では、相関およびナビゲーションは、画素アレイ100の外側で行われ、本明細書ではこれ以上説明しない。Vintと標示した図6の第1ラインは、画素100iのノードAの電圧を反映している。データと標示した第2ラインは、隣接画素から受け取った信号と比較した後、所与の画像について画素100iがラッチした値を反映している(図6には隣接画素信号値は示していない)。図6の「Ibias」ラインは、バイアス電流がNMOS140にかかっているかどうかを示し、「ストローブ」ラインは、STROBE信号がハイかローかを示している。「走査クロック」ラインは、複数画素からなる各列ごとにラッチ118の値が読み込まれる時点を示している。画素100iのラッチされた値(ラッチ118i)は、画素100iが位置する列に対応するクロックサイクルで読み込まれるはずである。たとえば、画素100iが図3の画素1003である場合、画素1003のラッチ1183は、画素1001および1002のラッチ1181および1182と同じクロックサイクルで読み出されるはずである。
FIG. 6 is a timing diagram of the operation of the
図6のt=0で、画素はすでにリセット段階にある。リセット中、(縁部画素も含めた)各画素ごとにノードAの電圧Vintは、デバイス132および134の動作によって共通の基準電圧Vrefにプルされる。リセット段階中、RESET信号はハイになり、PMOS134を通して電流が流れるのを妨げ、NRESET信号はローになり、PMOS132を通して電流が流れることができる。PMOSデバイス132および134は、ノードAに注入される望まれない電荷を相殺するための電荷相殺回路を提供する。隣接画素は、整合した光学的かつ電気的性能特性を有するべきであるが、電荷相殺回路が、隣接セル中に注入される電荷量の潜在的な不整合によって生じる固定パターンノイズ(FPN)を低減する助けとなる。
At t = 0 in FIG. 6, the pixel is already in the reset phase. During reset, for each pixel (including the edge pixels), the voltage V int at node A is pulled to a common reference voltage V ref by the operation of
積分段階では、RESET信号はローになり、NRESET信号はハイになり、光源が使用可能になる。光源は、机上その他の表面からの光をアレイ100に反射させるように配置された発光ダイオード(LED)または他の選択的に使用可能となる光源とすることができる。Ibias信号はハイになり、それによって初期電流I0がNMOSデバイス140、138および142を通って流れることができる。図6に示すように、リセット段階中は電力を温存するために、Ibiasは使用禁止状態にすることができる。アレイがリセット段階にあるときは光強度は測定されないので、Vrefに基づいてI0の値を変調する必要がなく、電力を温存するためにIbiasを使用禁止状態にすることができる。あるいは、Ibiasはイネーブル状態のままにすることもできるはずである。光がフォトダイオード136に入射すると、フォトダイオード136を通る電流が積分ノードAを放電し、Vintは降下する。図6に示すように、積分段階中、Vintは減少する。この減少の勾配は、ノードAが放電する速度に対応し、照明されたフォトダイオード136を通る逆バイアス電流の大きさに対応する。フォトダイオード136を通る電流は照明が強くなるのに応じて増加するので、Vintの勾配はフォトダイオード136に当たる光の強度に応じて変化する。
In the integration phase, the RESET signal goes low and the NRESET signal goes high, enabling the light source. The light source can be a light emitting diode (LED) arranged to reflect light from the desk or other surface to the
光源は、積分段階の終了時に使用禁止状態にする。フォトダイオード136を通る暗電流(すなわち、照明がない状態での逆バイアス電流)は十分に小さいので、Vintは積分段階の終了時に達したレベルのままになる。図6からわかるように、このレベルは、電圧の減少の下限に相当する。図6に、2種類の電圧減少の様子を示す。実線で示す減少は、フォトダイオード136をより強く(すなわち「明るく」)照明することに伴う電圧降下に相当し、反射性の物体または表面のフィーチャが存在する状態(あるいは物体または表面のフィーチャがより反射性の高い状態)を示すことができる。フォトダイオード136を通る電流がより大きいと、ノードAは急速に放電し、減少がより急峻になる。逆に、破線で示す減少は、フォトダイオード136をより弱く(すなわち「暗く」)照明することに伴う電圧降下に相当し、反射性の物体または表面のフィーチャが存在しない状態(あるいは物体または表面のフィーチャがより反射性の低い状態)を示すことができる。フォトダイオード136を通る電流がより小さいと、ノードAがよりゆっくりと放電し、減少がより緩やかになる。ノードAの電圧Vintは、NMOS138のゲートをバイアスするので、Vintの大きさによりI0の大きさが変調される。したがって、Vintが大きいほどI0が大きくなり、Vintが小さいほどI0が小さくなる。Vintは(したがってI0も)、積分段階を通じて減少し続ける。電流I0が流れる限り、比較電流は比較電流生成器で生成され得る。光源が積分段階の終了時に使用禁止状態になるとき、フォトダイオードを通る暗電流は小さくなるので、光が使用禁止状態の時点(すなわち、積分段階の終了時)でI0の大きさの減少は停止し、対応する比較電流の大きさの減少も停止する。
The light source is disabled at the end of the integration phase. Since the dark current through the photodiode 136 (ie, reverse bias current in the absence of illumination) is sufficiently small, V int remains at the level reached at the end of the integration phase. As can be seen from FIG. 6, this level corresponds to the lower limit of the voltage decrease. FIG. 6 shows two types of voltage reduction. The decrease indicated by the solid line corresponds to the voltage drop associated with more intense (ie, “brighter”) illumination of the
積分段階の後、変換段階に入る。積分段階の終了時、画素100iの比較器116iへの1つの入力は、その画素の比較電流生成器からの8倍の比較電流である。すなわち、この比較電流は、積分段階の終了時(すなわち、光が使用禁止のとき)におけるその画素のI0の8倍の大きさに相当する。例として図6の実線のVintおよび図4の概略図を用いると、Vbrightに相当するI0の8倍に等しい初期電流がPMOS147からノードBに入力される。隣接画素の比較電流生成器からの8つの外部比較電流の合計がノードCに入力される。したがって、ノードCにおける電流は、積分段階の終了時における8個の隣接画素からの電流I0の大きさの合計に相当する。STROBE信号がハイの場合、比較器116iは平衡状態に維持される。変換段階の終了時付近で、STROBE信号はローになり、NMOSデバイス158はオフになり、ノードBおよびCへの入力の相対強度が比較される。ノードBへの入力のほうが大きい場合、合計した外部電流はNMOSデバイス156を通って接地され、ノードCの電圧はローになる。ただし、ノードBの入力がノードCの入力よりも小さい場合、合計電流は完全には接地されず、ノードCの電圧はハイのままになる。
After the integration stage, the conversion stage is entered. At the end of the integration phase, one input to the
STROBE信号がローのとき、ノードCの電圧によりラッチ118iで「0」または「1」がラッチされる。図6に、ストローブ信号がローのとき、データラインの値がハイになるところを示しており、その結果、画素100iのラッチ118iに「1」がラッチされる。ただし、図6のデータライン上に示す画素100iのハイの値は、単に1つの画素100iの照明の明るさに基づいているのではないことに注意することが重要である。そうではなくて、(ハイまたはローの)データラインの値は、Vbrightに相当する画素100i内の内部電流信号と、他の画素から提供される電流信号との比較に基づいている。これらの他の画素のうち十分に多くの画素も、それぞれの積分ノード電圧がVbrightに十分に近くなるように照明されるとしたら、画素100iのデータラインの値は、おそらくはローになる(すなわち、「0」がラッチされる)はずである。したがって、ラッチされた値は、サブアレイ内の隣接画素と比較した1つの画素(たとえば、図2および3の画素1000)のDCRされた値を表す。言い換えると、ラッチされた値は、ある画素に当たる照明を隣接画素の照明と比較した相対強度を表す。
When the STROBE signal is low, “0” or “1” is latched in the
変換が完了し各画素のDCR済みの値がラッチされた後、ラッチされた値は、上記で説明したように読み込むことができる。図6に示すように、相関およびナビゲーション機能の前に、(読出し信号として機能し得る)走査クロック信号を送り、各行から1列を同時に読み込むことができる。 After the conversion is complete and the DCRed value for each pixel is latched, the latched value can be read as described above. As shown in FIG. 6, before the correlation and navigation functions, a scanning clock signal (which may function as a readout signal) can be sent to read one column from each row simultaneously.
アナログドメインでDCR画像処理を行い、画素アレイ内にそれを統合することによって、アレイのアナログ領域および感光性領域中へのデジタル信号の干渉を低減することができる。 By performing DCR image processing in the analog domain and integrating it into the pixel array, interference of digital signals into the analog and photosensitive regions of the array can be reduced.
上述した実施形態では、各画素(または少なくとも各非縁部画素)は、その出力を最隣接画素の出力と比較する。しかし、別の実施形態は、ある画素の出力を隣接しない(すなわち最も近くはない)が近傍の画素からの出力と比較することを含む。例として、図7に、アレイ100’およびサブアレイ101’を示す。式(1)は次のように改変することができる。 In the embodiments described above, each pixel (or at least each non-edge pixel) compares its output with the output of the nearest neighbor pixel. However, another embodiment involves comparing the output of one pixel with the output from a neighboring pixel that is not adjacent (ie not closest). As an example, FIG. 7 shows an array 100 'and a subarray 101'. Formula (1) can be modified as follows.
あるいはこの式(2)を次のように書くこともできる。 Or this formula (2) can also be written as follows.
式(2)を実施するアレイ内の画素は、8個を超える数の隣接画素出力信号を合計する場合、(図4のPMOSデバイス143〜151などの)追加のミラーリングデバイスを含むことができるが、必ずしもその必要はない。もちろん、式(2)の十分な数の項についてαi=0である場合、追加のミラーリングデバイスは必要ないはずである。別の実施形態では、下記に式(3)で示すように、式(2)をさらに改変して他の大きさをもつサブアレイを包含することができるはずである。 The pixels in the array implementing equation (2) may include additional mirroring devices (such as PMOS devices 143-151 of FIG. 4) when summing more than eight adjacent pixel output signals. This is not always necessary. Of course, if α i = 0 for a sufficient number of terms in equation (2), no additional mirroring device should be needed. In another embodiment, as shown below in equation (3), equation (2) could be further modified to include subarrays with other sizes.
ただし、nは考慮する隣接画素数である。 However, n is the number of adjacent pixels to be considered.
別の実施形態では、画像サイクル中に1ビットより大きい画像データを出力するように、1つまたは複数の画素を構成することができる。図8は、こうした一実施形態の画素の概略図である。積分回路112’、比較電流生成器回路114’および電流加算ノード110’は、図4に関して説明した積分回路112、比較電流生成器回路114および電流加算ノード110と類似のものである。したがって、ブロック110’、112’および114’の詳細および動作をさらに説明する必要はない。ただし、図8の比較器116’は、ノードB’のところに複数のデバイス154Xおよび154Yと、ノードC’のところに複数のデバイス156Xおよび156Yを含むように改変されている。デバイス154Xと154Yは異なるサイズのものであるが、デバイス154Xと156Xは整合している。デバイス154Yと156Yも整合している。デバイス154Xを通る電流は、デバイス162によって調整される。同様に、デバイス154Y、156Xおよび156Yを通る電流もそれぞれ、デバイス161、163および164によって調整される。(ローカルなものでもよく、グローバルなものでもよく、あるいはその他の方法で複数の画素に制御信号を提供する)プロセッサ180は、SELP信号およびSELN信号でデバイス161および164を制御する。同様に、プロセッサ180は、STROBE信号を提供し、CLK(クロック)信号およびBIT SELECT(ビット選択)信号を受け取る。
In another embodiment, one or more pixels can be configured to output image data greater than one bit during an image cycle. FIG. 8 is a schematic diagram of a pixel of such an embodiment. Integration circuit 112 ', comparison current generator circuit 114' and current addition node 110 'are similar to
一般に、図8の画素の画像サイクルのリセット段階および積分段階は、図4および6に関して上記で説明したものと類似しているはずである。前に説明した実施形態の場合と同様に、ノードB’への入力はデバイス147’からの8倍の大きさの電流(I8x)であり、比較器のノードC’への入力は隣接画素からの比較電流の合計(IΣ)である。ただし、前の実施形態とは異なり、比較器116’への入力は、画像サイクルの変換段階中に数回比較される。第1の比較では、SELP信号がハイであり、デバイス164がオンになる。この状態では、電流が、ノードC’からデバイス156Xおよび156Yを通り、またノードB’からデバイス154Xを通って流れることができる。デバイス156Xおよび156Yの合計サイズがデバイス154Xのサイズよりも大きいようにデバイス156Xおよび156Yがサイズ設定されている場合、比較器116’は、ノードB’に向かってスキューされることになる。言い換えると、比較器出力がハイになるには、IΣがより大きくなる必要があることになる。STROBE信号がローになった後、比較器116’の出力はラッチ118’でラッチされ、次いで、(以下に説明するように)おそらくはメモリ182に記憶される。メモリ182は画素の外側にある。再度STROBE信号をハイにして比較器116’を平衡状態にし、SELN信号およびSELP信号をローにする。この状態では、電流が、ノードC’からデバイス156Xを通り、またノードB’からデバイス154Xを通って流れることができる。これらのデバイスは平衡状態にあるので、IΣがI8xと等しいかそれよりも大きいとき、比較器116’の出力はハイになることになる。再度STROBE信号をローにし、それによって比較器116’の出力がラッチされ、そのラッチされた値は(おそらくは)メモリ182に記憶される。次いで、STROBE信号をハイにし、もう一度比較器を平衡状態にし、SELN信号をハイにする。この状態では、電流が、ノードC’からデバイス156Xを通り、またノードB’からデバイス154Xおよび154Yを通って流れることができる。この状態では、比較器116’は、ノードC’に向かってスキューされる。言い換えると、比較器出力をハイにするには、IΣがより小さくなる必要があることになる。再度STROBE信号をローにし、それによって比較器116’の出力がラッチされ、そのラッチされた値は(おそらくは)メモリ182に記憶される。
In general, the reset and integration phases of the image cycle of the pixel of FIG. 8 should be similar to those described above with respect to FIGS. As in the previously described embodiment, the input to node B ′ is eight times the current (I 8x ) from
図9は、比較器116’の動作をさらに説明するグラフである。水平軸はノードC’への入力(IΣ)を表し、垂直軸はノードB’への入力(I8X)を表す。Ii、IiiおよびIiiiは、|Iiii|>|Iii|>|Ii|を満たす任意の電流強度を表す。ライン1は、SELP信号がハイである(デバイス154X、156Xおよび156Yがオンである)状態に相当する。ライン1より上の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、比較器116’の出力はローとなる。ライン1上あるいはそれより下の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、比較器116’の出力はハイとなる。ライン2は、SELPおよびSELNがローである(デバイス154Xおよび156Xがオンである)状態に相当する。比較器116’がこの状態にあるとき、ライン2より上の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、ローの比較器出力が得られ、ライン2上あるいはそれより下の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、ハイの比較器出力が得られる。ライン3は、SELN信号がハイである(デバイス154X、154Yおよび156Xがオンである)状態に相当する。比較器116’がこの状態にあるとき、ライン3より上の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、ローの比較器出力が得られ、ライン3上あるいはそれより下の領域のIΣとI8Xの値の組合せでは、ハイの比較器出力が得られる。したがって、この構成では、比較器116’は、IΣがI8Xよりもどのくらい大きいか、あるいはI8XがIΣよりもどのくらい大きいかをより詳しく示す出力を提供する。再度、図9を参照すると、画素は、IΣおよびI8Xが(a、b、cまたはd)の4つの領域のどこにあるかを示すように復号することができる出力を提供することができる。
FIG. 9 is a graph for further explaining the operation of the
プロセッサ180およびメモリ182は、比較器116’の出力を2ビット値に変換する。(STROBEがローになり、SELPがハイである)変換段階の第1部分の間、(IΣおよびI8Xが領域aにあることを示す)ハイの比較器出力は、外部メモリ182に「11」として記憶される。ロー出力はIΣまたはI8Xが領域b、cおよびdにあることに一致するので、この第1部分の間、ロー出力に対して値は記憶されない。(STROBEがローになり、SELNおよびSELPがローである)変換段階の第2部分の間、ハイの比較器出力は、IΣおよびI8Xの値が領域bにあることを示し、メモリ182に「10」として記憶される。ロー出力はIΣおよびI8Xが領域cまたはdにあることに一致するので、この第2部分の間、ロー出力に対して値は記憶されない。(STROBEがローになり、SELNがハイである)変換段階の第3部分の間、ハイの比較器出力は外部メモリ182に「01」として記憶され、ローの比較器出力は「00」として記憶される。154Yおよび156Yに類似の追加のデバイスならびに180からの追加の選択出力を備えれば、追加のビット値を得ることもできる。
The
本発明による画素アレイを動き検出に、より具体的には、コンピュータ入力装置または位置指示装置の一部として使用することができる。こうした装置には、動きを測定するコンピュータのマウス、トラックボールその他の装置が含まれる。図10に、本発明によるフォトセンサ画素アレイをコンピュータマウスに実装した可能な一例を示す。図10に「分解」斜視図で、典型的なマウス250のいくつかの主要なコンポーネントを示す。マウス250は、上部ケース251、1組のキー252、回路ボード253および下部ケース254を含む。マウス250の他のコンポーネントは図示していないが、(電池動力式マウスの場合には)電源、(ワイヤレス装置でない場合には)コンピュータとの接続用のケーブル、スクロールホイールその他の機械コンポーネントおよび様々な回路コンポーネントを含むことができるはずである。これらの他のコンポーネントは当技術分野では周知のものである。当技術分野ではよく知られているように、ユーザは、机その他の表面の上でマウス250を動かすことによってマウス250を操作する。下部ケース254の下面は、机その他の表面と接触しており、透明であるか、あるいは透明な部分255を含む。(図示しない)レンズその他の焦点合わせ要素を、透明部分255と回路ボード253の間に配置するか、あるいは透明部分255に組み込むこともできるはずである。(図10に輪郭を示す)画像チップ260および(やはり図10に輪郭を示す)LED262を、回路ボード253の下面上に配置する。動作においては、LED262からの光が、机その他の表面から反射され、透明部分255(および存在する場合には焦点合わせ要素)を通って内部を照らし、チップ260上に配置されたアレイ100がそれを受ける。回路ボード253の下面の部分図である図11に示すように、アレイ100を画像チップ260に組み込むことができるはずである。
The pixel array according to the invention can be used for motion detection, more specifically as part of a computer input device or position pointing device. Such devices include computer mice, trackballs, and other devices that measure movement. FIG. 10 shows a possible example in which the photosensor pixel array according to the present invention is mounted on a computer mouse. FIG. 10 is an “exploded” perspective view showing some major components of a
本発明を実施する特定の例を説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲に含まれる、上記で説明したシステムおよび技術の多くの変形形態および置換形態があることが当業者には理解されよう。しかし、一例として、初期電流生成器、比較電流生成器および比較器(ならびに説明した実施形態の他の部分)は、代替回路構成から形成することができるはずである。本発明による画素アレイは、可視光波長を外れた照明に応答するフォトセンサを含むことができるはずである。1つまたは複数の隣接しない近傍の画素が所与の画素に接続される構成に加えて、本発明は、すべてではない隣接(または最隣接)画素が所与の画素に接続される構成も含む。 While specific examples of implementing the invention have been described, there are many variations and substitutions of the systems and techniques described above that fall within the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. Those skilled in the art will understand. However, as an example, the initial current generator, the comparison current generator and the comparator (and other parts of the described embodiment) could be formed from alternative circuit configurations. A pixel array according to the present invention could include a photosensor that responds to illumination outside the visible light wavelength. In addition to the configuration in which one or more non-adjacent neighboring pixels are connected to a given pixel, the present invention also includes a configuration in which not all adjacent (or nearest neighbor) pixels are connected to a given pixel. .
本発明の画素アレイは、他の応用例でも実施することができよう。その一例には、警報用の動き検出が含まれる。別の例には、距離の測定に使用する電子「定規」または「ものさし」に画素アレイを組み込むことが含まれる。別の可能な例には、プリンタ内で紙の動き検出器の一部として画素アレイを使用することが含まれる。上記その他の改変形態は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる。 The pixel array of the present invention could be implemented in other applications. One example includes motion detection for alarms. Another example includes incorporating a pixel array into an electronic “ruler” or “measurement” used to measure distance. Another possible example includes using a pixel array as part of a paper motion detector in a printer. Such other modifications are within the scope of the present invention as defined in the appended claims.
10 フォトセンサ
12、14、18 NMOSトランジスタ
16 ノード
20 記憶コンデンサ
100 アレイ
1000 画素
1001〜1008 画素
100’ アレイ
101、101’ サブアレイ
110、110’ 電流加算ノード
112、112’ 積分回路
114、114’ 比較電流生成器回路
116、116’ 比較器回路
118、118’ シリアル走査出力ラッチ
120、120’ バッファ
132、134 PMOSデバイス
136 フォトダイオード
138、140 NMOSデバイス
142 PMOS基準デバイス
143〜151 PMOSミラーリングデバイス
154、156 NMOSデバイス
154X、154Y、156X、156Y デバイス
158、158’ 複合電荷相殺デバイス
161〜164 デバイス
180 プロセッサ
182 メモリ
250 マウス
251 上部ケース
252 キー
253 回路ボード
254 下部ケース
255 透明部分
260 画像チップ
262 LED
10
Claims (13)
プロセッサ、
メモリ、
フォトダイオード、
光強度に応じた電流を発生する初期電流生成器、
内部比較電流および外部比較電流を生成する比較電流生成器回路、
外部からの電流を合計する電流加算ノード、
2つの電流について、一方の電流が他方の電流に対して所定の割合よりも大きいか、大きくないかを比較する比較器回路であって、前記比較の割合を変更しうるように構成されている比較器回路、および
ラッチ
を備えている複数の画素からなるフォトセンサアレイにおいて、受光される照明の相対差異を示す方法であって、
面を前記LEDが照明する第1のステップと、
前記LEDからの光が面に反射されると、前記面に反射された照明を前記フォトダイオードが受光し、前記フォトダイオードにより受光される光強度に応じた電流を前記初期電流生成器が発生する第2のステップと、
前記初期電流生成器により発生された電流を基準として、複数の外部比較電流と少なくとも1つの内部比較電流とを前記比較電流生成器回路が生成する第3のステップと、
当該画素に隣接する画素の比較電流生成器回路からの外部比較電流を前記電流加算ノードが受け取る第4のステップと、
前記受け取られた外部比較電流を前記電流加算ノードが合計する第5のステップと、
前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流と、前記内部比較電流とを前記比較器回路が比較する第6のステップと、
前記内部比較電流が、前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流に対し所定の比較の割合よりも大きい場合に、第1の値についての出力を前記ラッチに提供し、前記内部比較電流が、前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流に対し所定の比較の割合よりも大きくない場合に、第2の値についての出力を前記ラッチに提供する第7のステップと、
前記プロセッサが、前記ラッチにより提供された出力が第2の値である場合に、前記ラッチにより提供された出力を2ビット値に変換して、前記変換された2ビット値を前記メモリに記憶させ、または、前記ラッチにより提供された出力が第1の値である場合に、前記比較器回路の前記比較の割合を変更し、前記比較器回路を平衡状態にして、前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流と内部比較電流とを前記比較器回路に比較させる第6のステップに戻す第8のステップと、
を備えたことを特徴とする方法。 Used in computer input devices with LEDs,
Processor,
memory,
Photodiode,
An initial current generator that generates a current according to the light intensity;
A comparison current generator circuit for generating an internal comparison current and an external comparison current;
A current summing node that sums the current from outside,
A comparator circuit that compares whether two currents are larger or smaller than a predetermined ratio with respect to the other current, and is configured to change the ratio of the comparison. A method for indicating a relative difference in received illumination in a photosensor array comprising a plurality of pixels comprising a comparator circuit and a latch, comprising:
A first step in which the LED illuminates a surface;
When the light from the LED is reflected on the surface, the photodiode receives the illumination reflected on the surface, and the initial current generator generates a current corresponding to the light intensity received by the photodiode. A second step;
A third step in which the comparison current generator circuit generates a plurality of external comparison currents and at least one internal comparison current with reference to the current generated by the initial current generator;
A fourth step of receiving the external comparison currents of comparison current generator circuit or these pixels adjacent to the pixel the current summing node,
A fifth step in which the current summing node sums the received external comparison current;
A sixth step in which the comparator circuit compares the external comparison current summed by the current summing node with the internal comparison current;
The internal comparison current, if with respect to the current summing node summed external comparison current by greater than a predetermined proportion of the comparison, providing an output for the first value in the latch, the previous SL internal comparison current A seventh step of providing the latch with an output for a second value if not greater than a predetermined comparison ratio for the external comparison current summed by the current summing node ;
Wherein the processor, when the output provided by said latch is the second value, and converts the provided output by the latch to the 2-bit value, is stored the converted 2-bit value in the memory or, if the output provided by said latch is a first value, changes the ratio of the comparison of the comparator circuit, and the comparator circuit in equilibrium, it is summed by the current summing node An eighth step of returning to the sixth step for causing the comparator circuit to compare the external comparison current and the internal comparison current;
A method characterized by comprising:
LEDと、
複数の画素からなるフォトセンサアレイと、
を備え、前記画素の各々が、
メモリと、
前記LEDからの光が面に反射されると、前記面に反射された照明を受光するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにより受光される光の強度に応じた電流を発生する初期電流生成器と、
前記初期電流生成器により発生された電流を基準として、複数の外部比較電流と少なくとも1つの内部比較電流とを生成する比較電流生成器回路と、
当該画素に隣接する画素の比較電流生成器回路からの外部比較電流を受け取り、前記受け取られた外部比較電流を合計する電流加算ノードと、
前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流と、前記内部比較電流とについて、前記内部比較電流が前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流に対し所定の比較の割合よりも大きいか、大きくないかを比較する比較器回路であって、前記比較の割合を変更しうるように構成されている比較器回路と、
前記内部比較電流が前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流に対し所定の比較の割合よりも大きい場合に、第1の値をラッチし、前記内部比較電流が前記電流加算ノードにより合計された外部比較電流に対し所定の比較の割合よりも大きくない場合に、第2の値をラッチするラッチと、
前記ラッチによりラッチされた値が第2の値である場合に、前記ラッチによりラッチされた値を2ビット値に変換して、前記変換された2ビット値を前記メモリに記憶させ、または、前記ラッチによりラッチされた値が第1の値である場合に、前記比較器回路の前記比較の割合を変更し、前記比較器回路を平衡状態にして、前記電流加算ノードにより合計された外部比較と内部比較電流とを前記比較器回路に比較させるプロセッサと、
を有することを特徴とするコンピュータ入力装置。 A computer input device that generates movement of a cursor on a computer display in response to movement of the computer input device,
LED,
A photosensor array comprising a plurality of pixels ;
Each of the pixels comprises:
Memory,
When the light from the LED is reflected on the surface, a photodiode that receives the illumination reflected on the surface;
An initial current generator for generating a current according to the intensity of light received by the photodiode;
A comparison current generator circuit for generating a plurality of external comparison currents and at least one internal comparison current based on the current generated by the initial current generator;
It receives external comparison currents from comparison current generator circuit of the pixel adjacent to the pixel, a current summing node for summing said received external comparison current,
For the external comparison current summed by the current summing node and the internal comparison current , the internal comparison current is greater than or less than a predetermined comparison ratio with respect to the external comparison current summed by the current summing node. a comparator circuit for comparing either a comparator circuit configured to capable of changing the ratio of the comparison,
If the external comparison currents the internal comparison current is summed by the current summing node greater than the proportion of the predetermined comparison, a first value is latched, pre SL internal comparison current are summed by the current summing node A latch for latching the second value when the external comparison current is not greater than a predetermined comparison ratio ;
If the latched value by said latch is the second value, and converts the latched value by the latch on the 2-bit value, is stored the converted 2-bit value in the memory, or the If the latched value by the latch is a first value, it changes the ratio of the comparison of the comparator circuit, and the comparator circuit in equilibrium, an external comparison summed by the current summing node a processor for comparing the internal comparison current to the comparator circuit,
A computer input device comprising:
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